[논문]플렉시블/웨어러블 일렉트로닉스 최신 연구동향

강석희; 홍석원

doi:10.5781/jwj.2014.32.3.34

플렉시블/웨어러블 일렉트로닉스 최신 연구동향
Recent Progress in Flexible/Wearable Electronics 원문보기

Journal of welding and joining = 대한용접·접합학회지, v.32 no.3, 2014년, pp.34 - 42

강석희 (부산대학교 나노과학기술대학 인지메카트로닉스공학과) , 홍석원 (부산대학교 나노과학기술대학 인지메카트로닉스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Flexible devices have been developed from their rigid, heavy origins to become bendable, stretchable and portable. Such a paper displays, e-skin, textile electronics are emerging research areas and became a mainstream of overall industry. Thin film transistors, diodes and sensors built on plastic sheets, textile and other unconventional substrates have a potential applications in wearable displays, biomedical devices and electronic system. In this review, we describe current trends in technologies for flexible/wearable electronics.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이를 구현하기 위해선 전기/전자 소자의 소형화, 경량화, 저전력 구동화가 필수적이며 소재적 관점에서 보았을 때 마치 우리가 입는 직물과 유사한 형태의 다양한 방향으로 휘어지거나 늘어나며 이러한 상황에서도 성능이 떨어지지 않는 전기/전자 디바이스를 구현하는 요소기술의 개발이 요구된다. 본 리뷰 논문에서는 플렉시블/웨어러블 디바이스를 구현하기 위한 새로운 형식의 공정 요소기술의 연구 개발 동향에 대해 기술하였으며 향 후 시장 형성 및 연구 개발 방향에 대해서 전망하였다.
또한 플라스틱 기판으로 또한 요구되는 특성은 제품 완성후의 신뢰성 유지 및 안정성이다. 즉 현재 사용되고 있는 유리 기판 상에 구현된 디스플레이 구현기술 대비 얼마나 안정성을 확보할 수 있는가 하는 것이다. 플렉시블 기판을 고분자 필름으로 구현하는 경우 유리 기판과 비교했을 때 가장 큰 차이점으로 제시되고 있는 약점은 기체에 투과 특성이다.

제안 방법

미국 일리노이 대학의 Rogers 교수팀은 종이, 가죽, 비닐위에서 뛰어난 성능으로 작동하는 CMOS 논리회로를 구현하여 보고하였다. 이 소자는 휘거나, 늘어나거나 구겨지는 상황에도 소자의 성능이 떨어지지 않았는데 기존의 간단한 회로나 센서 보다 더욱 진일보한 형태로 볼 수 수 있으며 전자종이 구현의 진일보된 프로토타입을 제시하였다.
이를 해결하기 위해 최근 일본 도쿄대의 Someya 연구진은 인쇄 가능한 탄성 전도체인 단일벽 탄소나노튜브를 블록공중합체 합성 방식을 응용하여 고무 탄성체에 고르게 분산시킴으로써 이러한 문제의 해결책을 제시하였는데, 이러한 전기배선은 100S/cm의 전도도와 100% 까지 늘어나는 신축성을 보였다. 이들이 구현한 전도체 배선을 토대로 유기물 반도체와 유기발광다이오드(OLED) 결합하여 최대 50%까지 늘어나는 디스플레이를 개발하였다³⁸⁾.

대상 데이터

폴리이미드 기판을 이용한 디바이스 전극와 간격은 각각 300 µm, 500 µm 이며 총 360개의 채널을 제작하였다.

성능/효과

1) 플렉시블, 웨어러블 전기소자는 다양한 연구 분야가 융합, 발전됨에 따라 산업전반에 걸쳐 요구 되고 있는 기술로서 전자종이, 전자피부, 디스플레이, 센서, 뇌기계 인터페이스와 같은 여러 형태로 발전하고 있다.
3) 웨어러블 디바이스에 적용 가능한 전기전자소자들또한 연구되고 있으며 박막트랜지스터, 센서 등을 이용한 선진화된 프로토타입의 개발로 산업전반에 걸쳐 적용 가능함을 보여주고 있다.
마지막으로 탄소기반 나노소재의 등장으로 매우 큰 발전을 이루고 있는 연구개발 부분이 탄소나노튜브나 그래핀을 이용한 구동소자의 구현이며 이들 소재의 강한 기계적, 물리적 물질 특성으로 인해 플렉시블 또는 웨어러블 소자 구현에 매우 적합하다는 평가를 받고 있고 수많은 논문을 통해 그 가능성을 확인하고 있다. 탄소나노튜브의 경우 플렉시블 트랜지스터 구현을 위한 가장 큰 주목을 받는 부분은 매우 월등한 이동도 특성으로 인해 실리콘을 대체할 수 있는 물질로 제안되고 있으며, 반도체 특성을 띄는 단일벽 탄소나노튜브의 대량생상 공정의 확립으로 웨어러블 소자 구현을 위한 가장 큰 대표 소재로 확인되고 있다.

후속연구

이러한 원리를 이용하여 금 배선을 플라스틱 기판사이에 위치시키고 배선이 뱀 모양으로 구부러지는 디자인을 적용하여 신축성을 향상시켜 사람의 표피에 직접적으로 접착이 가능하도록 만든 전자 디바이스가 최근 몇 년간에 걸쳐 지속적으로 보고되었다²⁵⁾. 나아가 온도와 물리적 변형까지 측정이 가능한 다기능적인 소자구현이 가능하다는 것까지 구현함으로써 다양한 응용범위를 갖는 웨어러블 디바이스에의 적용 가능성을 확대시켰다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	섬유를 이용한 반도체 구현기술과 플렉시블 디스플레이 기술은 어떤 것들이 있는가?	플렉시블 플라스틱 소재와 마찬가지로 e-textile 분야의 가장 문제가 되고 있는 부분은 온도변화에 따른 고분자 기판의 수축 변화로 이러한 문제를 제어하는 것이 가장 주된 관심사이며 이를 극복하기 위해 유리 섬유(fiber glass) 직물로 내열성을 강화한 고분자 필름 기판이 개발되는 등 섬유를 이용한 반도체 구현기술과 플렉시블 디스플레이 기술도 점차 기술 범위를 좁혀나가고 있는 중 이다. 이를 통한 최근 개발 기술로는 섬유/반도체 기술 융합이 활발히 이루어지면서 실(fiber) 형태의 우수한 전도성 섬유가 개발되고 있으며, 일예로 스웨덴의 Linköings 대학에서는 스크린 프린팅 기법을 이용하여 직물 구조를 갖는 유기 트랜지스터(textile organic transistor) 까지 구현하는 등 미래 전자섬유의 새로운 가능성을 실현하고 있다.
	섬유가 의류뿐만 아니라 어떤 분야의 개발이 진행되고 있는가?	섬유소재는 최근 가장 활발하게 웨어러블 디바이스에 적용되고 있는 소재로 고도로 발달된 반도체 소자 구현기술의 발전으로 직조된 섬유의 유연기판으로써의 가능성이 꾸준히 연구되어 오고 있다. 다시 말하자면 섬유가 단순히 전통적인 의류에만 국한되지 않고, 반도체산업용으로도 매우 중요한 기판 소재로 인식되면서 새로운 섬유의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 2000년대 중반 MIT에서 기초연구로 제안되었던 입을 수 있는 컴퓨터의 구현을 위해서 시작된 스마트 섬유는 좁은 의미로는 환경대응 또는 자기감응 기능을 갖춘 섬유를 의미하지만, 현재는 좀 더 폭넓은 의미로 미래 지향적 반도체 기술 기반으로 기존 섬유에서 발전 가능한 전자소자를 구성하는 섬유를 포괄하는 넓은 개념으로 이해되고 있다.
	기존 디스플레이 공정은 어떤 공정을 포함하는가?	플라스틱 기판으로 반도체 소자 구현을 위해 요구되는 또 하나의 특성은 디스플레이 공정에 대한 적합성이라 할 수 있다. 기존 디스플레이 공정은 유리 기판을이용하여 반도체 공정을 기반으로 하는 플라즈마 고온 공정, 금속증착 및 다양한 화학적 세정 공정을 포함한다. 이러한 공정에 대한 공정 적합성이 플렉시블 기판의 사용 여부를 결정하는 중요한 요소가 된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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